浅谈磷石膏砖质量控制工艺机理

1、浅谈磷石膏砖质量控制工艺机理摘要：磷石膏砖是贵州开磷集团自主研发的资源综合利用产品，其质量控制研究主要是激发剂的试验研究, 提高了磷石膏砖的产品质量，效促进了磷化工产业固体废弃 物综合利用技术的发展，拓宽了磷石膏、黄磷渣的综合利用 途径，磷石膏砖的生产可彻底解决废渣再利用过程中的二次 污染问题；可真正实现了 “建设循环经济生态城市”的目 标要求。关键词：磷石膏砖；生产原料；关键工艺；工艺机理 前言目前全球每年新增磷石膏排放量达2.8亿吨，中国约5000万吨，占世界磷石膏年排放量的20%。加快磷石膏综合 利用技术创新，实现其技术成果的生产力转化，是磷化工行 业发展循环经济，建设资源节约型、环境友

2、好型社会的重要 任务。1磷石膏砖的生产原料1.1黄磷渣黄磷渣是生产黄磷过程中，熔融态的黄磷炉渣浆经水淬 形成的。其成分组成为ca05052%、si023539%、a12032 5%、fe2030. 11%。黄磷渣的主要化学成分是cao,属碱性 氧化物，它在水淬过程中与si02、a1203、fe203 一起形成 硅酸三钙(c3s)、硅酸二钙(c2s)、铝酸三钙(c3a)、铁铝 四钙(c4af)等具有水化活性的矿物。使其具有较高的潜在 活性，在一定的激发剂下可以产生类似硅酸盐水泥的水化反 应，是黄磷渣可以应用在建筑材料中的基本条件。黄磷渣的放射性指标满足gb 6566-2001的内照和外照 指数指

3、标要求。1. 2磷石膏磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的工业废渣，是化学工业中排放量最大的固体废弃物之一。主要成分是二水硫酸 钙(cas04 2h2o)。磷石膏的放射性指标满足gb 6566-2001 的内照指数和外照指数指标要求。2磷石膏砖的关键工艺磷石膏砖的生产将磷石膏、黄磷渣、外加剂、水按工艺 比例要求进行配料混合、成型、养护制得成品。主要工艺环 节有磨粉、成型、养护等。通过对磷石膏砖生产工艺及试验的长期跟踪研究，其产 品质量控制的工艺机理主要表现在以下几个方面：2. 1磨粉工艺此段工艺的目的是为改善黄磷渣潜在活性激发环境创 造基础条件。因黄磷渣是水淬渣，决定了其潜在活性，但是 黄磷渣的形

4、态是粒状，其作为磷石膏砖生产原料时，其发生 反应的接触界面面积较小，生产的有效成分较少，不利于制 品质量的提高，故需要增加该物料的有效反应接触面积，以 提高砖有效硅酸盐物质数量。2.2成型工艺磷石膏砖生产选用的压制成型工艺具有一定的先进性。 与振动成型工艺相比较，压制成型所制得的砖坯强度明显高 于振动成型的砖坯，这为从成型到入釜期间的转移砖坯过程 创造了较为有利条件，确保了入釜砖坯体的合格率，提高了 劳动生产率。2.3养护工艺磷石膏砖的养护工艺控制是该产品质量稳定和提高的 关键。经过多年的试验研究和生产实践总结，对比试验了利 用常压养护室和蒸压釜在低温、高温、低压、高压等不同养 护条件的磷石膏

5、砖成品各项指标情况，其结果可从该产品的 水化反应机理进行解析。以下是不同养护工艺的各项指标曲 线。3磷石膏砖的工艺机理黄磷渣是一种玻璃体形式的水淬高温炉渣，其基本单元 有硅氧四面体、铝氧四面体等多种网络形成体，具有较高聚 合度。磷石膏砖生产中黄磷渣潜在活性的激发结果是其有效 水化反应的充分必要条件，有效水化反应是黄磷渣功能在磷 石膏中的体现，通过分步分项试验研究，完成了激发方式和 提高有效水化反应条件的试验，分析了产品生产质量控制的 工艺机理，提高了磷石膏砖的产品质量。激发方式研究分为两种，一种是物理激发，首先是控制 水淬温度提高黄磷渣的水淬程度，再通过机械粉磨激发其活 性；一种是化学激发，首

6、先是选择合适的激发剂，再确定激 发剂的添加比例和工艺，化学激发试验分为碱激发、硫酸盐 激发和复合激发三种。在蒸压养护条件下，黄磷炉渣的水化是由表及里逐渐发 生的，最初c3s和水迅速反应生成ca (oh) 2的饱和溶液， 并从中析出ca (oh) 2晶体，同时石膏也很快进入溶液和c3a 反应生成细小的钙矶石晶体，随着水化反应的继续进行，生 成较多的ca (oh) 2和钙矶石晶体，同时黄磷渣颗粒上长出 c-s-h纤维状凝胶，由于钙矶石晶体的长大以及c-s-h 的大量形成，互相接触而产生接触点，将各颗粒初步连接成 网络结构，随着接触点数目的增加，网状结构不断地加强， 强度相应增大。当养护结束时，绝大

7、多数黄磷炉渣已完成水 化，形成的水化产物如有：h13等数量不断增加，结构逐渐 致密，形成了具有强度的凝聚结构。在蒸压养护条件下，黄磷渣中的活性si02和活性a1203与石膏和cao充分进行水化反应，莫来石可以直接水化生成 系列水化产物，如水石榴石。水石榴石的组成与养护温度有 关，养护温度越高，水石榴石中含有的si02越多，其性能 越好。在此过程中同时会生成托勃莫来石，因此制品具有较 好的强度及耐久性。蒸压磷石膏砖中托勃莫来石含量在35%40%范围内，且含有无水化铝酸钙；蒸养磷石膏砖中仅有水化硅酸钙凝胶, 不存在托勃莫来石和水化铝酸钙；因此蒸养砖的抗冻性能不 如蒸压砖。蒸压磷石膏砖在结构上已经类

8、似硅酸盐制品，通 过水化形成水泥石，包裹硬石膏填料，形成了具有稳定结构 和高强度的制品，通过产品检测证明了以上反应机理结论。结语磷化工企业的“三废”排放对环境保护形成的巨大压 力目前还是一个世界性难题，也严重制约了磷化工产业和地 方经济的可持续健康发展。因此，解决好磷石膏的综合开发 利用是磷化工行业发展过程中面临的一项主要课题，也是我 国高浓度磷复肥生产企业都必须高度重视、重点解决好的主 要问题。通过对磷石膏砖的生产及应用研究，不仅可推动建 筑材料革新进程，保护国土资源，实现节能降耗；同时可加 强“三废”治理，实现企业环保效益和经济效益的统一；在 磷石膏砖的生产可彻底解决二次废渣的污染问题；可

9、真正实 现了 “建设循环经济生态城市”的目标要求。参考文献：1 李庆繁等一种新型蒸压硅酸盐砖一石膏基蒸压磷 渣硅酸盐砖综述 砖瓦世界2010. 112 叶学东 磷石膏综合利用现状及“十二五”发展思 路第六届全国石膏技术交流会论文集2011.63 冯金煌磷石膏及其综合利用的探讨无机盐工业 2001年第4期4 刘芳等利用黄磷炉渣配制碱矿渣胶凝材料的研究 材料导报2007年12月第21卷第12a期5 林胜楠等磷肥工业磷石膏的综合利用研究现状 无 机盐工业2011, 43 (2)6 覃扬颂熔融态黄磷炉渣的综合利用现状化工进展 2012年10期7 杨家宽等黄磷渣资源化进展与前景矿产综合利用 2002年05期8 时术兆等改性磷渣对硅酸盐水泥性能的影响四川 水泥2009年04期9 王昕等磷渣硅酸盐水泥物理性能及其改善途径初 探 水泥2006年06期1